Paljud tsenosfäärid, palju rakendusi

Kuigi te ei pruugi seda teada, on tänapäeva maailmal palju põhjuseid, miks olla tänulik tsenosfääride eest.

Vähesed inimesed teavad nende olemasolust, veel vähem inimesi teab, kust nad pärit on. Kuigi kiire pilk Vikipeediale, kõigi allikate allikale, annab teadmatule teada, et „Tsenosfäär on kerge, inertne, õõnes kera, mis on valmistatud peamiselt ränidioksiidist ja alumiiniumoksiidist ning täidetud õhu või inertse gaasiga, mis tekib tavaliselt soojuselektrijaamades söe põletamise kõrvalsaadusena. Tsenosfääride värvus varieerub hallist peaaegu valgeni ja nende tihedus on umbes 0,4–0,8 g/cm3 (0,014–0,029 naela/kuuptolli), mis annab neile suure ujuvuse.“

See aga ei kirjelda kuigivõrd nende pisikeste, kuid võimsate lendtuhakerade tõelist ilu. Sest nende tegelik tugevus seisneb kasutusvõimaluste mitmekesisuses. Nagu Prantsuse tööstusajakiri Industrie & Technologies märgib: „Oma madala tiheduse, väikese suuruse, sfäärilise kuju, mehaanilise tugevuse, kõrge sulamistemperatuuri, keemilise inertsi, isoleerivate omaduste ja madala poorsuse tõttu leiavad mikrosfäärid [tuntud ka kui cenosfäärid] tööstuses laia valikut rakendusi. Eelkõige [sobivad need ideaalselt] materjalide tugevdamiseks või korrosioonikindluse või katete või värvide soojus- ja heliisolatsiooni omaduste andmiseks. Neid võib kirjeldada kui multifunktsionaalseid täiteaineid ning need integreeruvad hästi vaikudesse ja sideainetesse, näiteks termoplastidesse ja termoreaktiivsetesse plastmaterjalidesse.“

Cenosfäärid värvides ja katetes

Värvi- ja tööstuskattetööstuses on tsenosfääre tänu nende pakutavatele lisaomadustele väga palju kasutusvõimalusi. Näiteks kasutatakse tsenosfääre sageli katetes infrapunakiirguse kontrollimiseks, mis annab neile katetele eelise nende ees, mis püüavad lihtsalt soojusjuhtivust piirata.

Samal ajal selgitavad Petra Buildcare Productsi katteeksperdid, kuidas cenosfäärid „…parandavad värvi kvaliteeti, suurendades toote mahtu ja tihedust. Pärast seinale kandmist kipuvad keraamilised graanulid kahanema, luues seinale tihedalt pakitud kile.“

Süntaktiliste vahtude tsenosfäärid

Tsenosfääre kasutatakse sageli nn süntaktiliste vahtude valmistamiseks. Need on spetsiaalsed tahked ained, milles kasutatakse täiteainena tsenosfääre, et pakkuda mitmeid eeliseid, alates madalamast hinnast kuni lisatugevuse, heliisolatsiooni, ujuvuse ja termilise kaitseni.

Engineered Syntactic Systemsi eksperdid kirjeldavad süntaktilist vahtu järgmiselt;

„„Süntaktiline” osa viitab õõnessfääride pakutavale korrastatud struktuurile. Mõiste „vaht” viitab materjali rakulisele olemusele. Tänu oma ainulaadsetele omadustele – suurele tugevusele madala tiheduse juures – on süntaktilist vahtu laialdaselt kasutatud veealuste ujuvusrakenduste puhul. Süntaktilised materjalid on vastupidavad hüdrostaatilise rõhu ja pikaajalise kokkupuute koosmõjule, mis teeb neist ideaalsed ujukid ookeanilaevandusprojektide, näiteks kaabli- ja kõvakuuliujukite ning instrumentide toe jaoks. Samuti pakuvad need tugevust ja konstruktsioonilist terviklikkust oluliselt väiksema mahuühiku kaaluga kui enamik traditsioonilisi materjale, mis teeb neist atraktiivse valiku paljudes kaitse- ja tsiviilehituse rakendustes.“

Nafta puurimisel kasutatavad tsenosfäärid

Tõestuseks tsenosfääride teadmata tähtsusele piisab nende olulisest rollist naftatööstuses. Kuigi kõik teavad nafta tähtsusest tänapäeva maailmas, on vähetuntud fakt, et tsenosfääre on, nagu Prantsuse tööstusajakiri Industrie & Technologies väidab, "...kasutatud naftapuurimise valdkonnas juba mitu aastat naftatsemendipasta tiheduse vähendamiseks ilma veesisaldust suurendamata".

Plastides ja polümeerides olevad tsenosfäärid

Cenosfääre kasutatakse ka plastide ja polümeeride tootmisel, kuna nende ümbervormitav kuju või tugevus aitab vältida termoplastide ja termoreaktiivsete plastide kokkutõmbumist.

Neid kasutatakse ka autotööstuses kaasaegsetes komposiitides. Näiteks 2016. aasta Chevrolet Corvette sisaldab „lehtvormimassi, milles klaasmikrosfäärid asendavad kaltsiumkarbonaadi täiteainet ja vähendavad sportauto Stingray Coupe mudeli kaalu 20 naela [9 kg]. Tootja Continental Structural Plastics Inc. asepresident Probir Guha selgitab tsenosfääride lisamise põhjust komposiiti, öeldes, et „tüüpiline SMC valem seda tüüpi sõidukite jaoks sisaldab 20 mahuprotsenti klaaskiust tugevdust, 35% vaiku ja 45% täiteainet, tavaliselt kaltsiumkarbonaati“, lisades, et „see uus SMC [lehtvormimass] on hinna poolest alumiiniumiga konkurentsivõimeline“.

Betoonis olevad tsenosfäärid

Aastaid on tsenosfääre kasutatud betoonis kasuliku lisandina, pakkudes täiendavat tugevust ja/või heliisolatsiooni, vähendades samal ajal tihedust. Jeff Girard, The Concrete Countertop Institute'i president, selgitab neid eeliseid, öeldes: „Teoreetiliselt võivad tsenosfäärid asendada osa betoonis kasutatavast normaalkaalu liivast. Tsenosfääride tihedus on väiksem kui veel (keskmiselt 0,7 vs veel 1,0); kvartsliiva osakeste tihedus on tavaliselt umbes 2,65. See tähendab, et 1 nael tsenosfääre võtab sama absoluutmahu kui umbes 3,8 naela liiva.“

Industrie & Technologies kirjeldab ka tsenosfääride kasutamist mürasaaste vähendamise vahendina, väites, et „[tsenosfäärisid kasutatakse] ehitusmaterjalides betooni kergendamiseks, säilitades samal ajal survetugevuse 30 MPa tiheduse juures 1,6 T/m3, parandades nende tihedust ja vähendades heli läbilaskvust. Näiteks Peterburi rakenduslike nanotehnoloogiate teadus- ja tehnikakeskus (STCAN) tegeleb Venemaal selliste betoonidega sildade ehitamisega [vaiksema teekatte saavutamiseks]. Tsenosfääre kasutatakse ka seinte, põrandate ja lagede krohvide, mörtide ja krohvide soojus- ja heliisolatsiooniomaduste parandamiseks. 40% mahuprotsendiga tsenosfääride lisamine vähendab müra läbilaskvuse koefitsienti poole võrra.“

Cenosfäärid farmaatsiatoodetes

Tsenosfääre on farmaatsiatööstuses kasutatud juba aastaid, kuna väikesed pallid võivad ravimitega katmisel toimida peaaegu ideaalse transpordivahendina. Lisaks, nagu märgib Prantsuse tööstusajakiri Industrie & Technologies: „Hõbeoksiidiga kaetud tsenosfääre võib näiteks haavade paranemise kiirendamiseks integreerida sidemetesse.“

Tsenosfäärid arenenud tööstusharudes

Selle mitmekülgse kõrvalsaaduse uute kasutusalade avastamiseks tehakse palju uuringuid. Näiteks töötatakse välja uusi katalüsaatoreid metaani oksüdeerimisprotsessi jaoks, kasutades magnetilisi tsenosfääre.

Tsenosfääre kasutatakse ka metallmaatrikskomposiitide (MMC) väljatöötamisel – need on mitmesugused materjalid, mis püüavad ühendada sfääride kõrge energia neeldumise, löögikindluse ja madala tiheduse teiste ainete omadustega. Teised, näiteks Paul Biju-Duval Atlantas asuvast Georgia Tehnoloogiainstituudist, on teinud kõvasti tööd tsemendivabade ehitusmaterjalide väljatöötamisel. Tema töö jätkub, lisades tsenosfääri segule selliseid esemeid nagu bambus ja metalltorud, et leida alternatiivseid, odavamaid, tugevamaid ja keskkonnasõbralikumaid ehitusmeetodeid.

Samal ajal uurib Venemaa Teaduste Akadeemia Keemia ja Keemiatehnoloogia Instituut Krasnojarskis võimalusi, kuidas tsenosfääre saaks kasutada katalüütilistes transformatsioonides. BAE Systems üritab aga kasutada tsenosfääre värvides, et toetada nähtamatust infrapunaspektris, võimaldades seeläbi sõjalaevadel kasutada „nähtamatuks tegevaid mantleid“.

Arvestades nii laia kasutusvõimaluste valikut ja veelgi laiemat potentsiaalsete kasutusvõimaluste valikut, pole ime, et huvi tsenosfääride vastu kasvab. Seni kuni tootearendajad otsivad kergeid täiteaineid, täiustatud ravimite manustamissüsteeme, täiustatud katteid, tsemendiasendajaid ja komposiitlisandeid, on tsenosfääride järele ka vajadus. Lisaks, kui nende mitmekülgsete sfääride uute kasutusalade uurimistöö suureneb, näitab ainult aeg, milline on tsenosfääride tulevik.